工程化学基础参考答案.docx

《工程化学基础参考答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程化学基础参考答案.docx（31页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、工程化学基础习题解l 第一章绪论P13. 一些基本概念1. 判别下列表述的正确与否，正确的在后面括号内用“”错误的用“”表示：（1）1 摩尔氧(X）（2）1mol( OH - ).()(3) 化学反应通式可表示为 vB B=0.(X)(4) 在宇宙中找不到绝对意义上的孤立系统()2. 选择题：（要求将正确标号填入括号内，多选与单选自己判断）（1）下列物质中属于微观粒子的是（C D）(A)分子（B）原子（C）高速运动的电子（D）光子（2）下列说法正确的是（C）（A）1 摩尔氧的质量是 8.0g(B) 原子和分子的空间尺寸分别为10 -10 m和10 -7 m(C) 原子和分子的空间尺寸在10-1

2、0 m 10-7 m 左右（D）我们能同时看到远处打雷发出光和听到打雷发出的声音（3） 下列表述中错误的是（B D） (A)18.0g H 2 O 物质的量是 1mol (B)1.0 mol氢的物质参加了反应（C）1.0 mol 的（ H 2 ）参加了反应（D）“反应进度”说明，认识物质变化，必须考虑时间的变化3.（用恰当的文字或符号填入空格）计量反应进行程度的物理量都是（反应进度），它的符号是（），单位是（mol）,这个单位还可以方便地计量介观粒子和微观粒子的物质的量。4.在 0时，一只烧杯中盛有水，水上浮着两块冰，问水和冰组成的系统中有几相？如果撒入食盐，保持系统的温度仍为 0不变，直至冰

3、和食盐全部溶解（此时，冰点下降，详见2.3 所述），此时系统中有几相？如果再加入一些 AgNO3溶液，有什么现象发生？此时系统有几相？如果还加入一些CCl4 ，又将发生什么现象？此时系统为几相？答： 两相（固、液） 一相（液相）加入 AgNO3 有白色沉淀生成，此时系统有两相（液、固） 加入CCl4 发生分层现象，此时系统三相（水相、固、油相） 5.高温水蒸气对钢的化学腐蚀特别严重。其反应如下：Fe +H 2O(g) = FeO +H 2 (g)2Fe +3H 2O(g) = Fe2O3 +3H 2 (g)3Fe +4H 2O(g) = Fe3O4 +4H 2 (g)试问，如果把上述三个反应作

4、为一个系统来研究，这个系统一共有几种聚集状态？几个相？（用化学符号表示出系统内各物质所属的聚集状态和相。）答：有两个聚集状态：气态、固态有 5 个相：气态、 Fe FeO Fe2 O3 Fe3O46.已知某盐酸溶液的质量为216.5g,其中 H 2 O 为180g,求所含 HCl 物质的量。（要求：运算过程中要写明单位。）解:由题意得mHCl =216.5 180 = 36.5 g31nHCl=36.5g36.5g mol 1= 1 mol7.已知化学反应方程式：CaCO3 =CaO +CO2 (g) ，求 1 吨含有 95%碳酸钙的石灰石在完全分解时最多能得到氧化钙和二氧化碳多少千克？解：设

5、能得到氧化钙 x kg,二氧化碳 y kg,则由题意得：3mCaCo = 950（kg）CaCO3 =CaO +CO2 (g)1005644950xyx = 56 950(kg) =532(kg)100y = 44 950(kg) = 418(kg)10038. 已知化学反应方程式：+ 1=HNNH223 ,试问：当反应过程中消耗掉2 mol N 222时，该反应进度为多少？分别用 H 2 、 N 2 、 NH 3 进行计算。如果把上述化学方程式改成： 3H 2 +N 2 = 2NH 3 ，其反应进度又为多少？ 解：由题意得当反应方程式为 3 H22+ 1 N22= NH 3时，反应消耗掉 2

6、mol N 2，则刚好消耗掉6mol H 2 ，（即n(H 2 ) = 6mol ），同时生成 4 mol NH 3 。按反应进度定义式得：223 H = n(H 2 ) / (H 2 ) =( 6)mol /( 1.5) = 4mol N = n(N 2 ) / (N 2 ) =( 2)mol /( 0.5) = 4mol NH = n( NH 3 ) / ( NH 3 ) = 4mol /1 = 4mol当反应方程式为3H 2 +N 2 = 2NH 3 时，同理可得：223 H = N = NH = 2mol2229. 已知化学方程式： O +2H =2H O ,反应进度=0.5 mol

7、时，问消耗掉多少H 2 ？生成了多少 H 2 O解：由反应进度定义式 =n/ B 可得： n( H 2 ) = (H2 ) = 0.5mol ( 2) = 1mol n( NH 3 ) = (NH3 ) =0.5mol 2 =1mol答：消耗掉 1mol H 2 ，生成 1mol H 2 O 。思考题1. 略。2. 物质层次有哪些？各层次物质运用适用的理论是什么？答：（1）宏观物体牛顿力学;（2） 微观物体量子力学；（3） 宇官物体广义相对论；（4） 渺观物体超弦（？） 3.略。4. 以人体或烧结炉为例说明系统和环境的划分和确定不是绝对的，而是相对的。答：系统的选择根据研究需要而定，不同的方法

8、和不同的角度对系统的划分也不同。以烧结炉为例，在烧结炉中放置两块金属如铁片和银片，其间放有低熔点合金如锡和鉍的合金， 在可控还原气氛如氮和氢的混合气体保护下加热，则两块难熔金属将被烧结在一起。在这个例子中，如果要讨论烧结工艺的有关问题就可以把整个烧结炉作为系统，它包括金属片、低熔点合金和气体介质，而烧结炉外空间中的物质则均为环境。如果想研究烧结炉内可控保护气体间发生的反应，那么就可把氮气分解的化学反应当作一个系统加以讨论。而炉膛内的支架、难熔合金片、低熔点等物质及绝热均为环境。可见，“系统”的确定是根据研究对象的需要划分的。5. 略。6.20 的实验室内，把一只盛有水和冰的但没有盖的瓶子作为一

9、个系统来研究，那么该系统可称为什么系统？它可与环境交换些什么？若盖上盖子密封，则情况怎样？这个系统称为什么系统？若将这个瓶子用绝对隔热（实际上是不可能的）石棉布包裹，情况又如何？这个系统称为什么系统？如果把整个实验室作为一个孤立系统来讨论，此时需要什么条件？答：（1）敞开系统，物质和能量的交换；（2） 封闭系统，能量的交换；（3） 孤立系统，既无物质的交换也无能量的交换； 7.略。8.摩尔（mol）是物质的量的单位，使用时应注意什么？答：在使用物质的量的单位时必须指明基本单元。9.略。10.反应进度的物理意义是什么？能不能随便改动化学反应方程式？生成一定量的 H 2 O时，反应 1 O22+H

10、 2= H 2O 与反应O2+2H 2=2H2O 的反应进度是否相同？答：（1）物理意义：反应系统中任何一种反应物或生成物在反应过程中物质的量的变化 c 与该物质的化学计量数 B 的比值。（2） 因反应进度与化学计量数有关，故不能随便改动化学反应方程式。（3） 生成物的物质的量一定，化学计量数不同，则反应进度也不同。2.1 物质的化学组成第二章物质的化学组成与聚集状态331. 写出下列配位化合物的名称或化学式，指出配位中心、配体、配位原子和配位数，并指出哪些是螯合物。（1） KPt(NH)Cl 三氯一胺合铂（）酸钾（2）Na 2 Zn(OH )4 （3）Ni(en)3 SO4（4）Co(NH

11、3 )5 Cl Cl2四羟基合锌（）酸钠 硫酸三乙二胺合镍（）氯化一氯亚胺合钴（）（5） Na CaY2乙二胺四乙酸合钙（）酸钾()4Ni CO（6）四羟基合镍Ag(NH ) Cl（7） 氯化二胺合银（）3 3K Fe(CN ) （8） 六氰合铁（）酸钾46分类金刚石石墨碳团簇异同硬度最大、熔点最高、不导电导电性、润滑性超导电性应用贵重金属铅笔芯、润滑材料、电极材料半导体、非线性光学等方面的应用2. 简述金刚石、石墨和碳团簇结构的异同及其应用。答：GdCo 、GdFea - Si : HTi50 Ni计算机储存元件的一种非晶态材料信息、电子工业中经常用到的半导体材料钛镍形状记忆合金3. 列举三

12、种不同类型的非整比化合物及其用途。答：4. 指出聚苯乙烯、聚酰胺-610 中的链节、重复单元和聚合度。聚苯乙烯聚酰胺-610链节H2CCHONH(CH 2)5C重复单元H2CCHONH(CH 2)5C聚合度n2n化学式类别聚丙烯*CHCH2*n碳链CH35. 写出聚丙烯、聚丙烯腈、尼龙-66 和聚二甲基硅氧烷的化学式，并按主链组成指出它们属于哪类高分子化合物。（提示：碳链、杂链、元素有机类）CH3元素有机类*nO*SiCH3聚二甲基硅氧烷杂链n *NH(CH2)6NHC(CH2)4C*OO尼龙-66CN杂链*nCH2*CH聚丙烯腈6. 略。蛋白质结构特点一条或多条肽链构成的生物大分子，相对分子

13、质量可从一万到数百万组成DNARNA7. 指出蛋白质、DNA 和 RNA 分子的组成和结构特点。答：8. 用恰当的文字或符号填入空格内。键的键能小于（1）三丙烷基铝属有机金属化合物，其中COCCMO键和键的键能，容易在CO键处断裂，它被广泛用于化学气相沉淀。(2)从遗传信息传递中心法则可知，在人体中 DNA 具有携带遗传信息的功能， RNA 具有复制遗传信息的功能，蛋白质具有执行生命的功能。思 考 题1. 分析配位中心和配体的特征，为什么螯合物特别稳定？答：配位中心：处于配合物中心的位置的正离子或中性原子；配体：按一定空间位置排列在配位中心周围的负离子或中性分子。由于螯合效应，所以螯合物的稳定

14、性很强。2. 联系实际，简述团簇、非整比化合物在工程应用中的重要性。答：碳纳米管可用于未来电子工业制造电子器材和超细导线，使电子芯片集成度更高， 体积更小。碳纳米管有优异的力学性能，有很好的韧性，弹性比碳纤维高 5 个数量级， 是制备高强度轻质材料的理想组元。非整比化合物等在材料中十分重要，可以控制或改善无机固体材料的光、电、声、磁、热和力学性质。例如，碳化物、氮化物在钢材中可以有效的提高钢材的硬度。3. 略。4. 联系实际，体会一般高分子化合物和生物大分子的异同。略5. 比较蛋白质和核酸在生物体内的重要作用，现代生物工程主要包括哪些方面？ 答：略。2.2 固体1. 根据题意，选择正确的标号填

15、入空格内。（1） B, F（2） D（3） C、D、E,D（4） A2. 试比较下列典型离子晶体的熔点高低，并说明理由。CaF2CaOCaCl2MgOf =k (Q Q+)MgO CaO CaF2 CaCl2理由：(r+r )23. 试比较下列这些晶体的熔点高低并说明理由。SiC、SiF4、SiBr4SiC SiF4 SiBr44. 已知下列两类晶体的熔点（）：（1）NaF(993), NaCl(801), NaBr(747), NaI(601)(2) SiF4 (-90.2), SiCl4 (-70) , SiBr4 (5.4), SiI4 (120.4)为什么钠卤化物的熔点总是比相应的硅卤

16、化物的熔点高，而且递变规律不一致？ 答：钠卤化物是离子晶体，而硅的卤化物是分子晶体。6. 比较并说明理由：（ 1 ） BaCl2 ， CCl4 ， AlCl3 ， FeCl2的熔点高低；（ 2）SiO2 , CO2 , BaO 硬度大小。答：(1)BaCl2 FeCl2 AlCl3 CCl4 ;k (Q+ Q )f =Ba2+ Fe2+ Al3+C 4+(r+r )2,离子半径：(2) SiO2 BaO CO26. 写出耐高温金属和易熔金属各两种，简述它们的用途。答：耐高温金属：钨（3410）、铼（3180），常被用作测高温的热电偶材料。易熔金属：Bi(231.97)、Sn(271.44)，用

17、于低熔点合金的制备。7. 简述非晶态线型高分子聚合物的不同力学状态及特征。塑料、橡胶对玻璃化温度和粘流化温度分别有什么要求？答：作为塑料要求在室温下能保持固定的形状，因此Tg 越高越好；作为橡胶，要求能够保持高度的弹性，因此Tg 越低越好。对高分子材料的加工来说，Tg 与Tf 差值越大，其应用范围就越宽，橡胶的耐热性耐寒性也越好。8. 下列物质的用途分别基于它们的什么特性？（1） 常温下橡皮塞密封容器口使其不漏气； 高弹性（2） 用 BaCl2 作盐浴剂，使经高温处理的金属慢慢冷却保持晶形。熔点沸点较高，稳定性较好，不易受热分解。（3） 金属有机化合物用于制备镜子。金属有机化合物热分解产生金属

18、的氧化物2.3 液体和液晶1 填空：（1） 方向性，饱和性，降低，氢，氧。（2） 单位质量溶剂（3） （3）C12H25SO3Na,，SO3-C12H25,OCH2CH2O HnR,油包水型乳液。（4） 8 ， 润湿剂 ， 1418， OW 乳化剂（5） 热致液晶 ，溶剂液晶。3. 比较并简述原因：（1） 纯水在 10，20，50时的 pH 大小。依次降低（2） 纯水在 10，20，50时的电导率大小。依次升高（3）0.1 mol kg 1,0.2mol kg 1,0.5mol kg 1 蔗糖溶液的凝固点高低。依次降低（4）0.1 mol 的C6H12O6 ,0.1 mol NaCl ,0.1

19、 mol Na2SO4 溶于 1 kg 水中构成溶液的凝固点高低。依次降低（5）01 mol kg 1 ,0.2mol kg 1 ,0.5mol kg 1 的 Na2SO4 溶液的渗透压高低。依次升高2.4 气体和等离子体1. A2. ApCO3. 在 25时，若 1 dm3 某气体混合物中， O2 , N 2和CO2 的物质的量分数分别为0.21，0.78，0.01，求总压为 100kPa 下各物质的分压。若容器扩大到 2 dm3 ， CO2 的分压为多少？解：2 =100*0.01=1kPapO2 =21 kPapN2 =78 kPapCO2 =0.5 kPa4.20时，某处空气中水的实际

20、蒸汽压为 1.001 kPa，求此时的相对空气湿度； 若温度降低到 10，相对湿度又为多少？解：由题意得：1.001 100% =42.8%2.3391.001 100% =81.5% 1.2285. Ti Mn Fe Co Ga Br5. 分别计算第四周期 19K 和 20Ca 两种元素作用在 4s 电子上的有效核电荷数，比较两种元素的金属性强弱。答：19K： Z =19(101.00+80.85)=2.220Ca： Z =20(101.00+80.85+10.35)=2.85金属性：19K 20Ca6. 略7. 什么叫固溶强化，它对金属材料的性质有何影响？答：当溶质元素溶入溶剂元素后，能使

21、原来的晶格发生畸变，它们将阻碍材料因外力作用而引起的形变，因而使固溶体的强度得到提高，但其延展性和导电性将会下降，这种现象称为固溶强化。8. 比较 Ti ,Gr,Co,Cu 与碳形成碳化物的趋向的大小，并解释理由。答：Ti Gr Co CuTi2Gr5Co7Cu10d 电子数：一般来讲，d 电子数越小，则金属元素与硼、碳、氮结合强度就越大，稳定性也越大。思考题1.p 区零族元素和 d 区第族元素的最外层电子组态是否相同？试写出它们的通式。答：p 区零族元素： ns2np16d 区第族元素:(n1)d110ns122.合金有哪几种基本类型？置换固溶体和间隙固溶体的晶格结构有何区别？答：根据合金中

22、组成元素之间相互作用的情况不同，一般可分为三种结构类型：金属固溶体型；金属间化合物型；简单机械混合型。置换固溶体：溶质原子占据了溶剂原子的位置；间隙固溶体：溶质原子半径小，分布在溶剂原子空隙之间。3.3化学键分子间力高分子材料练 习 题1. 用正确的内容和标号填入空格内，使下列说法完整无误：（1）c,f(2) a b,c,d(3) a , d(4) d(5) b2. 乙二胺四乙酸根合钙Ca2+Y4-3. 比较化学键、氢键、分子间作用力的大小。答：分子间作用力氢键化学键4. 分别指出能溶解聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚碳酸脂的溶剂。答：聚甲基丙烯酸甲酯环己酮聚氯乙烯丙酮聚碳酸脂乙醛5. 丁二烯

23、分子中的键和键各是多少？ 答：9，26. 指出下列四组物质中有氢键的物质，并用电负性及化学的观点解释之。（a）HF，HCl ,HI(b)H2O, H2S ,H2Se(c)CH3CH2OH ,CH4O,CH2CH2HNnOH(d)*C(CH2)4CN(CH2)6*,CCN* H2CH* *H2CHC*Cln,n7. 写出聚二甲基硅氧烷线型分子的化学式，简述它的性质和产生这些性质的原因。*SiCH3O*n答：CH3性质及产生的原因：（1）耐热性。这是由于 Si键、 CO 键。O 键的键能（452 kJ mol -1）大于CC（2） 耐寒性。线型有机硅氧烷的分子较对称，硅氧烷的极性不大，因此耐寒性较

24、好。（3） 耐水性。聚有机硅氧烷的侧链是羟基，呈憎水性。（4） 电绝缘性。聚有机硅氧烷具有不随外电场而取向极化的非极性侧基和分子的对称性， 因此有高度的绝缘性和介电性能。8. 略。思 考 题1. 化学键是什么？一般可分成几类？各类化学键中原子、电子的关系是怎样？原子在分子中对电子吸引力的大小用什么来衡量？答：化学键：原子结合态（比如分子）中相邻原子间较强烈的相互作用。 一般可分为离子键、共价键两类。 离子键是由正负离子痛过强烈的静电作用而形成的化学键，没有自由电子。共价键是由共享电子对形成的化学键。 电负性来衡量。2. 两个氢原子是怎样结合成分子的？两个氦原子为什么不能结合成 He2 分子？答

25、：（1）在氢分子中，两个 H 原子的 1s 轨道可以组合成 1 个H2 的两个分子轨道。而 2 个1s 电子首先填充在成键分子轨道中，填充的结果使整个分子系统的能量降低，因此， H2 分子能够稳定存在。（2）下面我做不来了3.4晶体缺陷陶瓷和复合材料1. 略。2. 陶瓷一般由哪些相组成，它们对陶瓷的形成和性能有什么作用和影响？ 答：陶瓷由晶相、玻璃相、晶界相和气相组成。晶相决定了陶瓷的刚性、导热性等物理性质；玻璃相对制品所起的作用是是黏结作用、填充气孔以及降低烧结温度等，同时也为制品提供了一定的韧性。晶界的结构对陶瓷的性能影响很大；气孔的存在可以提高陶瓷的绝热性能，但气孔也能使陶瓷的抗击穿能力

26、下降，受力时容易产生裂纹，透明度下降。3. 为什么硅酸盐陶瓷做绝缘材料时要求 Na+ 离子含量越低越好？氧化铝（刚玉）陶瓷、氧化镁陶瓷等绝缘性能如何，为什么一般情况下不用它们做绝缘材料？K O答：在陶瓷材料中，2Na O2之比值不应小于 3.5，即钠离子的含量越低越好。因为金属离子的电荷数高，离子半径大，则与硅氧四面体负离子的结构也牢固，绝缘性能好。2Al O 和MgO高铝瓷、镁质瓷中，3的含量很高，价格昂贵，所以一般情况下不用不用它们做绝缘材料。4. 写出氮化硅陶瓷的化学式，指出化学键类型，指出它的特性和用途。Si3N4答：氮化硅是通过共价键结合而形成的原子晶体。它在 1200下可维持室温时

27、的强度和硬度，在氧化性不太强的介质中最高安全使用温度可达 16501750， 因此氮化硅陶瓷可用于火箭发动机尾管及燃烧室，也可用于无冷却汽车发动机。第四章化学反应与能源4.1热化学与能量转化1. 在下述各题四种表述或数据中选择正确的答案，填在空格中：（1） ab(2) bd(3) c(4) bDUDH2. 在下列反应过程中：与是否有区别？为什么？请计算说明。其中（1）和（3）以 1 mol CaCO3 分解、1 mol CH4 完全氧化计算，（2）以生成 2 mol 的 H2O 计算，（4）以析出 1molCu 计算。CaCO (s)810 CaO(s) +CO ( g)（1）322H 2 (

28、g) +O2 (g)（2）252H 2O(l)CH（3）4 (g) +O2 (g)25 CO2 (g) +2H2O(g)CuSO4 (aq) +Zn（4）H =U +RT解：（1）25ZnSO4 (aq) +CuH =179.2kJmol 1U =170.2kJmol 1H =U3RT（2）H = 571.6kJmol 1U = 564.2kJmol 1(3)H =U +RTH = 802.5kJmol 1U = 805.0kJmol 1U = H = 218.7kJmol 1(4)3. 某公司已根据反应： Na2 S (s) +9H 2O(g) = Na2 S 9H 2O(s) 制成化学储能

29、装置。已知Na2 S (s)和Na2 S 9H 2O(s) 在 298.15K 时的标准摩尔生成焓分别是372.86 kJmol 1 和kJmol 1Na SNa S 9H O3079.41，试求 1kg 干燥的2吸收水蒸气变成22时所放出的热量。解：从附录中查得mr H (B) /(kJmol 1 )Na2 S (s) +9H 2O(g) = Na2 S 9H 2O(s)372.86241.83079.41H =rmBBfH (B)mmf=H (Na2 S 9H2O, s) fH (Na2S, s)9 fH (H2O, g)mm= 3079 .41( 372 .86)9 ( 241 .8)k

30、Jmol 1=53035kJmol 11M (Na2 S ) = 78 gmol又知：所以放出的热量=530 .35kJmol1 1000 g78 gmol 1=6799 .36kJN H (l)和N O (g)50.63kJ mol -14. 已知242 4在 298.15K 时的标准摩尔生成焓分别是和9.66kJ mol -1， 计 算 火 箭 燃 料 联 氨 和 氧 化 剂 四 氧 化 二 氮 反 应 ：2N 2 H 4 (l) +N 2O4 (g) =3N 2 (g) +4H 2O(l)的标准焓变。计算 32g 液态联氨完全氧化时所放出的热量。解：从附录中查得mr H (B) /(kJ

31、mol 1 )2N 2 H 4 (l) +N 2O4 (g) =3N 2 (g) +4H 2O(l)50.639.660285.8H =rmBBfH (B)m=4H (Hfm2O,l) +3H (Nfm2, g)H (N O , g)2H (N Hfm24,l)fm2 4=4 ( 285 .8) +3 09.66= 1254.12kJmol 12 50.63kJmol 1又知 ：M (N 2 H 4) = 32 gmol 1所以：Q =mMN2 H 4 r =32gHm32gmol 1 2( 1254.12)kJmol 1 = 627.06kJCaO(s) + H O(l) = Ca +(aq

32、) +2OH (aq)5. 计算 298.15K 时反应：2的标准摩尔焓变mr H (298 .15 K )400JK 1.设某罐头的热容为,反应放出的热有 80%被吸收，要将其从25加热到 80，需 CaO 至少多少克？ 解：从附录中查得mr H (B) /(kJmol 1 )CaO(s) +H O(l) =Ca 2+(aq) +2OH (aq)2634.9285.8542.8-230.0H =rmBBfH (B)mm=2 fH (OH , aq) +H (Ca 2+, g)H (H2O,l) fH (CaO, s)mmmff=2 ( 230 ) +( 542 .8)( 285 .8)( 634 .9)kJ= 82.1kJmol 1设需要 CaO x 克，则：x ( 82.1) 80% = C T = 0.4 (8025)mol 156sx =18.76(g )6. 298.15 K 时，在弹式热量计中，将 5.0 g 液态苯完全燃烧生成 CO2 (g) 和H2O（l),放热209.2kJ，计算该反应的U 和H。1mol 液态苯在弹式热量计